Направления развития аппаратных генераторных комплексов

Любой АГК, как это следует из их рассмотрения, представляет собой сочетание весьма ответственных систем: дугогасительной, токоведущей, изолирующей, электромагнитной, механико-кинематической, привода и управления.
Взаимозависимость этих систем требует рационального и хорошо продуманного построения АГК при минимальных габаритах и удобном обслуживании. Важнейшей системой АГК, формирующей его конструктивно-компоновочную схему, как показывает анализ уже существующих различных отечественных и зарубежных отдельных видов генераторных аппаратов и аппаратных комплексов, является токоведущая система. Именно ТВС в основе своей определяет техническое совершенство генераторных аппаратов и АГК, перспективу их развития, качество, экономичность и надежность в эксплуатации. Конструктивное решение ТВС определяет прежде всего при прочих равных условиях максимальное значение номинального тока, которое удается достичь при естественном охлаждении в условиях введения электромагнитного экранирования аппаратов. Электромагнитный экран, сам по себе являющийся токоведущей системой практически с тем же значением тока, что и главная ТВС аппарата, не должен мешать теплоотводу от главной ТВС аппарата.
Эффективные конструкции ТВС отдельных генераторных аппаратов и их комплексов создаются путем их рационального проектирования, оптимизации и исключения недостатков, характерных для многих существующих генераторных аппаратов, в том числе: большая неравномерность распределения температур вдоль ТВС в длительном режиме работы; применение массивных токоведущих элементов, имеющих большие сечения при относительно малых поверхностях теплоотвода; увеличенные тепловые потери вследствие сильного проявления поверхностного эффекта и эффекта близости. Весьма часто применяемую конструктивно-кинематическую схему главной ТВС генераторного аппарата или АГК, при которой размыкание ее контактов происходит с трением, следует рассматривать как недостаток, который при прочих равных условиях ведет к повышенному износу защитных покрытий, серебряных накладок и материала самих контактов, а главное — к очень значительном усилиям при размыкании, особенно вследствие возрастания сил трения в контактах при повышении температуры нагрева ТВС.
Решающим фактором в оценке любого нового варианта конструктивного решения ТВС или рассматриваемой уже созданной конструкции должен стать достигнутый уровень номинальных токов без применения средств искусственного охлаждения. Чем выше этот уровень, тем совершеннее само по себе принятое техническое решение комплекса, тем больше в нем резерв дальнейшего развития параметров, тем экономичнее этот комплекс и надежнее в эксплуатации при всех прочих равных условиях. Представить ТВС в виде рациональной, хорошо организованной системы означает определить элементы системы и их вполне определенные взаимосвязи между собой и с функциями, выполняемыми системой. В этом случае задачи определения требуемых параметров и выбора средств их достижения (количество элементов, связей между ними) не разделяются. Проблемная ситуация может быть описана в виде выражений, связывающих цель со средствами. Такими выражениями, определяющими степень организованности системы, могут быть, например,

т. е. изменение температуры в вдоль длины L ТВС и по любому ее поперечному сечению F должно быть минимальным. Должны соблюдаться и многие другие условия, связанные с минимизацией потерь энергии вдоль ТВС, максимизацией условий естественного теплоотвода с их поверхностей, высокой технологичностью и механической прочностью элементов.
Исследования и практические разработки позволяют сформулировать общие черты направления проектирования прогрессивных ТВС генераторных аппаратов и их комплексов на большие номинальные токи с естественным охлаждением. Принципиальными его особенностями является формирование как неподвижных, так и подвижных контактов в виде полых тонкостенных, с толщиной стенки 2 — 8 мм профилей, расщепленных на параллельные токоведущие элементы (ТВЭ), конструктивно развиваемых вплоть до формирования ТВС в целом в виде полых систем, состоящих из параллельно работающих и полностью унифицированных между собой элементарных ТВС. Жесткость тонкостенных профилей, высокая технологичность, относительно малые сечения, развитые поверхности теплоотвода с внешних и внутренних сторон, а также от контактов характеризуют эти системы как высоко организованные, обладающие возможностью экономичного и практически неограниченного развития по параметрам. Это направление получило широкое применение в практике создания и эксплуатации генераторных аппаратов, в частности, в рассмотренных выше комплексах типа КАГ-15, 75 и создаваемых в настоящее время комплексах на базе воздушных генераторных выключателей типа ВВГ-20 и продолжает развиваться.
Характерной чертой этого направления является размыкание контактов без трения, осуществляемое с помощью специальных механизмов, вначале снимающих контактное нажатие и создающих отрыв подвижного контакта от неподвижного в перпендикулярном к поверхности неподвижного контакта направлении до образования некоторого зазора между этими контактами, а затем уже осуществляется движение подвижного контакта относительно неподвижного в заданном выбранной кинематикой направлении до образования промежутка, необходимого по электрической прочности. Пример механизма с таким размыканием был показан на рис. 3. Очевидно, что усилие, развиваемое приводом, здесь относительно невелико и не зависит от температуры нагрева элементов ТВС, которая, соответственно, не может стать причиной отказа аппарата при отключении. Конструктор становится свободным в выборе значения контактного нажатия и вида покрытия. Вполне достаточно в этом случае локального покрытия серебром гальваническим способом или напылением ограниченной зоны фактического контактирования. В ГОСТ 8024-90 по нормам нагрева введены контакты, размыкающиеся без трения. Для них при серебрении контактной поверхности слоем 24 мкм установлена норма допустимого нагрева 120 °С, т. е. на 15° выше, чем для контактов, размыкаемых с трением. Учитывая положительный опыт эксплуатации ТВС с такими контактами и отсутствие каких-либо ограничений, влияющих на их качество, имеется реальная возможность дальнейшего повышения допустимой температуры нагрева для них вплоть до 160 °С. Естественно, что это откроет дополнительные возможности при проектировании рациональных АГК.